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Caracterizacion de unidades de adobe sometidas a radiacion UVA/Characterization of Adobe Units Subjected to UVA Radiation/Caracterizacao de unidades de adobe sob radiacao UVA.

Resumen

Este trabajo muestra los resultados obtenidos en la variacion de las propiedades mecanicas de unidades de adobe sometidas a factores ambientales simulados de radiacion y condensacion. Para ello se estudiaron adobes de mas de trecientos anos de antiguedad extraidos de la capilla doctrinera de Tausa, y adobes nuevos construidos en laboratorio. Las piezas de adobe fueron sometidos a ciclos alternados de seis horas de radiacion UVA y dos horas de condensacion durante 360, 720, 1 440, 2 160 y 2 880 horas de exposicion, tiempos en los cuales se analizo la variacion en las propiedades mecanicas del adobe mediante ensayos de esfuerzo deformacion. Se logro concluir que la exposicion a radiacion UVA acelera la variacion en las propiedades mecanicas de los adobes nuevos, mientras que al adobe de la capilla de Tausa no le causa ningun efecto mecanico. Igualmente, se pudo establecer que los cambios en la resistencia del adobe estan dados por la variabilidad en la cohesion ya que el angulo de friccion de este material no se modifica con el tiempo.

Palabras clave: caracterizacion mecanica; edificaciones patrimoniales; construccion en tierra; radiacion UVA

Abstract

This paper shows the results obtained for the variation of the mechanical properties of adobe units subjected to simulated environmental factors of radiation and condensation. For doing this, adobes over three hundred years old, taken from the chapel doctrinera de Tausa, and new laboratory-built adobes were studied. Both kinds of adobe blocks were subjected to alternating cycles of six hours of UVA radiation and two hours of condensation for consecutive periods of 360, 720, 1 440, 2 160 and 2 880 hours of exposure. At the end of each period, the change in mechanical properties of the adobes was analyzed by means of stress-strain tests. It was possible to conclude that the exposure to UVA radiation accelerates the variation in the mechanical properties of the new adobe blocks, while for the old Tausa-Chapel blocks it has no perceptible mechanical effect. Also, it was established that the changes in adobe resistance are given by the variability of cohesion, as the friction angle of this material does not change with time.

Keywords: mechanical characterization; heritage buildings; earth construction; UVA radiation

Resumo

Este documento mostra os resultados obtidos na variacao das propriedades mecanicas das unidades de adobe submetidas a fatores ambientais simulados de radiacao e condensacao. Para isso, estudaram-se adobes de mais de trezentos anos de antiguidade, extraidos da capela doctrinera de Tausa, e novos adobes construidos no laboratorio. As pecas de adobe foram submetidas a ciclos alternados de seis horas de radiacao UVA e dois horas de condensacao durante 360, 720, 1 440, 2 160 e 2 880 horas de exposicao, tempos nos quais analizou-se a variacao das propriedades mecanicas do adobe por medio de ensaios de esforco deformacao. Foi possivel concluir que a exposicao a radiacao UVA acelera a variacao nas propriedades mecanicas dos novos adobes, e nao causa nenhum efeito mecanico no adobe da capela Tausa. Do mesmo modo, pode-se estabelecer que as mudancas na resistencia do adobe devem-se a variabilidade na coesao, por quanto o angulo de friccao deste material nao se modifica com o tempo.

Palavras chave: caracterizacao mecanica; predios patrimoniais; construcao em terra; radiacao UVA

Introduccion

Gran parte de las edificaciones patrimoniales en Colombia se encuentran construidas con materiales compuestos por tierra (adobe y tapia pisada). Durante los ultimos anos se han realizado esfuerzos para rescatarlas, para lo cual se han disenado diferentes tecnicas de rehabilitacion que buscan mejorar su desempeno estructural y una proteccion para el deterioro natural (Perez et al., 2007).

Colombia cuenta actualmente con 1 133 monumentos nacionales de los cuales el 80% estan construidos en tierra (Ruiz, Lopez y Rivera, 2012). Adicionalmente, diferentes poblaciones rurales cuentan aun con viviendas levantadas con estos materiales.

Entre los factores que afectan las propiedades de las edificaciones en adobe se encuentran el agua, los contaminantes atmosfericos, las sales solubles y los organismos vivos (Rios, Vera y Guzman, 2006). Segun Torrealva (2003), estos agentes, en mayor o menor medida, atacan las construcciones en tierra alterando sus propiedades mecanicas y comprometiendo la estabilidad de las edificaciones patrimoniales. Pese a ser esto cierto, no se conocen investigaciones que determinen el grado de afectacion que experimenta el adobe debido a los citados agentes, ni a otros factores como la radiacion ultravioleta.

Se han realizado algunas investigaciones que buscan conocer las caracteristicas mecanicas de los materiales que constituyen las construcciones patrimoniales (Correa, Teixeira, Lopes y Oliveira, 2003; Liberotti y Daneels, 2012; Rivera y Munoz, 2005), al igual que otras que estudian el comportamiento de estos sistemas en tierra ante fuerzas sismicas (Blondet, Villa y Brzev, 2003; Flores, Pacheco y Reyes, 2001; Yamin, Phillips, Reyes y Ruiz, 2007). Sin embargo, no se encontraron estudios que cuantifiquen el cambio en las propiedades mecanicas de las unidades de adobe debidas a factores ambientales.

Para el conocimiento del comportamiento de cualquier material es necesario su estudio detallado. Unos de los aspectos que se deben estudiar son los factores y/o agentes que afectan las propiedades del material, algunos de ellos pueden ser la radiacion solar, la humedad y la condensacion.

Debido al gran numero de construcciones patrimoniales en Colombia y a la necesidad de buscar soluciones de conservacion y rehabilitacion optimas y perdurables para estas, es necesario ahondar en el estudio de los sistemas constructivos en tierra. El estudio del comportamiento mecanico de las unidades de adobe y sus cambios debido a factores medioambientales es un paso importante para entender el funcionamiento de las edificaciones patrimoniales.

El adobe

La Asociacion Colombiana de Ingenieria Sismica define el adobe como un bloque de tierra cruda sin cocer (AIS, 2005). El adobe esta compuesto principalmente por arena, limo y arcilla. En ocasiones puede contener paja, crin de caballo, heno u otro material con el fin de dar mayor estabilidad y resistencia a los bloques de adobe (Ramirez, 2011).

El uso del adobe como material de construccion se remonta a 8 000 anos A.C. (Houben y Guillard (1994) citado por Blondet et al., 2003). Esta tecnica constructiva se sigue usando en paises en desarrollo (Onrrubia, Ramos y Cossio, 2003) y se encuentra presente en distintas regiones del mundo, como America Latina, Asia, Africa, India, Oriente Medio y el Sur de Europa (Blondet et al., 2003). Estas estructuras en su mayoria estan situadas en zonas de amenaza sismica moderada o alta.

Segun Grandreau y Delboy (2010), citado por Liberotti y Daneels (2012), y Callas (1999), citado por Ramirez (2011), alrededor del 30% de la poblacion mundial vive en casas hechas en tierra. En muchos sectores rurales y suburbanos se sigue usando esta tecnica constructiva debido a que la materia prima esta presente en el lugar de construccion, lo que representa un bajo costo. La construccion en adobe tiene la ventaja de ser un sistema ecologico, ya que no necesita energia de combustibles para su extraccion, implementacion o destruccion, lo que a su vez lo convierte en un material economico (Onrrubia et al., 2003).

En Colombia se sigue usando el adobe como solucion de vivienda en sectores de escasos recursos, donde no es posible usar nuevos materiales por los costos que estos representan. Incluso existen poblaciones, como es el caso de Barichara, Santander, donde mas del 90% de las viviendas estan construidas en tierra, sin importar el estrato economico al que pertenezcan. A pesar de ello, en el pais el adobe y la tapia en edificaciones nuevas no esta permitido, ni siquiera las normas contemplan procesos para la rehabilitacion de las edificaciones en tierra ya existentes.

Entre los aspectos estudiados para los sistemas constructivos en tierra se encuentran investigaciones de caracterizacion de materiales, tecnicas de reforzamiento y estudios de dano.

Rivera y Munoz (2005) caracterizan el adobe de una capilla doctrinera en Tausa, Cundinamarca, la cual tiene mas de 300 anos de antiguedad. Entre las pruebas fisicas realizadas hicieron ensayos de granulometria, peso especifico, contenido de materia organica, contenido de humedad y limite de consistencia, cuyos resultados se muestran en la Tabla 1. Mecanicamente realizaron pruebas de compresion simple y flexion, y encontraron que la resistencia a compresion del bloque de adobe es de 3.04 MPa y el modulo de rotura es de 0.41 MPa.

En su interes por lograr que las construcciones patrimoniales en tierra en Colombia sean evaluadas desde una optica menos cualitativa, Ruiz et al. (2012) proponen una reglamentacion para la evaluacion sismica de este tipo de edificaciones. Basados en los resultados de diferentes estudios realizados por Rivera (2004), establecen en ella unos valores limites de propiedades para el adobe (Tabla 2).

Radiacion ultravioleta

La radiacion ultravioleta (UV) es una energia electromagnetica emitida por el sol (Feynman, Leighton, Sands, M., di Francia y Cresti, 1996). Segun la longitud de onda la radiacion ultravioleta se clasifica en UVA, UVB o UVC, Entre mas corta es la longitud de onda mayor es la energia de radiacion que se produce (Feynman et al., 1996).

La radiacion UVA es la menos destructiva y penetra de forma directa a la tierra. La radiacion UVB penetra de forma precaria a la tierra, puesto que la mayoria de esta es absorbida por la capa de ozono. Esta radiacion es biologicamente destructiva y es la causante de las patologias en la piel de los seres vivos. La radiacion UVC es la mas nociva de las tres, pero no se encuentra de forma natural en la tierra, pues toda es retenida por la capa de ozono (Feynman et al., 1996).

La luz solar es causa de dano de algunos materiales. La radiacion produce ionizacion, excitacion, desplazamiento atomico y cambios quimicos (Campbell, 1997), generando modificacion en las propiedades del material. El tipo de cambio sufrido varia dependiendo de la sensibilidad del material, el espectro de luz al que se somete y la cantidad de radiacion (Campbell, 1997).

Camara UV

Entre las pruebas de alteracion acelerada de los materiales se encuentran los ensayos de atmosfera simulada. En estos se fija la intensidad, frecuencia y secuencia de las variables atmosfericas segun el caso de estudio (Vale y Martin, 1983). Estos ensayos pueden ser usados para imitar condiciones ambientales dadas, o para acelerar la exposicion a variables atmosfericas. En este ultimo caso se busca un factor de aceleracion, el cual esta dado por el tiempo de prueba necesario para lograr o producir una alteracion determinada y por el tiempo que tarda en aparecer esa alteracion en forma natural (Vale y Martin, 1983; Sanchez, 2001).

Para llevar a cabo pruebas de alteracion acelerada de los materiales existen camaras de envejecimiento acelerado mediante radiacion ultravioleta y condensacion (Vale y Martin, 1983). Estas permiten lograr en menor tiempo los cambios que se presentan en un material por una exposicion natural prolongada, porque simula condiciones de radiacion UV, temperatura y humedad relativa (Vale y Martin, 1983).

Para simular el paso del tiempo, la camara expone los materiales a ciclos alternados de luz ultravioleta (UV) y humedad, todo ello a temperaturas elevadas y controladas. Los efectos de la luz solar se simulan mediante el uso de lamparas fluorescentes UV especiales. El rocio y la lluvia se simulan mediante la condensacion de humedad y/o la pulverizacion de agua (Sanchez, 2001; Vale y Martin, 1983).

No se encontro evidencia de estudios de exposicion acelerada a radiacion ultravioleta y condensacion del adobe. Sin embargo, esta es una prueba muy utilizada en la investigacion del comportamiento de los materiales en funcion del tiempo. Con esta tecnica se han estudiado la durabilidad del granito, el marmol y la arenisca al ser recubiertas con un material hibrido organico-inorganico (Oteo, Elvira, Alonso y Rubio, 2006); la conservacion de la piedra de la catedral de Murcia (Esbert et al., 1990); la propagacion de grietas en tableros de madera (Andres, Bustos, Lasserre y Gacitua, 2012) y el envejecimiento en asfaltos (Fernandez-Gomez, Rondon, Daza y Reyes, 2014).

Camacho, Reyes y Mayorga (2008) estudiaron la estabilizacion de arcillas expansivas con aceite sulfonado. Las arcillas fueron sometidas a radiacion en camaras de envejecimiento. La exposicion usada fue de ciclos continuos de: ocho horas de radiacion UV (1.60 W/[m.sup.2] a 340 nm, 45[grados]C) y cuatro horas de condensacion a una humedad relativa del 100%. Entre los aspectos que concluyeron Camacho et al. (2008) esta que el uso de camaras de envejecimiento es valido para la simulacion de curado de arcillas expansivas y su efecto a largo plazo.

Materiales y metodos

Adobe capilla doctrinera de Tausa

Tausa es un municipio de Cundinamarca ubicado aproximadamente a una hora de la ciudad de Bogota, salida norte. En el sector antiguo del pueblo se encuentra la capilla doctrinera de Tausa, edificacion con mas de 300 anos de antiguedad (Mendoza, 2002). En la actualidad esta estructura se encuentra dividida en dos sectores: el sector frontal, el cual aun se encuentra en uso (Fotografia 1a), y el sector posterior que se encuentra en ruinas (Fotografia 1b).

Del sector en ruinas se extrajeron 15 unidades de adobe completas y 24 fragmentos (Fotografias 2). Con el fin de realizar la caracterizacion mecanica del material, fue necesario extraer muestras cilindricas de estos adobes, para lo cual se utilizo un extractor de nucleos con broca diamantada de 2 pulgadas de diametro. Debido a la fragilidad del material solo fue posible extraer 24 nucleos en buen estado (Fotografias 3). Las muestras extraidas de la capilla doctrinera de Tausa se relacionan como adobe tipo T1 y corresponden a adobe de 300 anos de antiguedad.

Utilizando algunos de los adobes sacados de la capilla, se realizaron en laboratorio ensayos de granulometria, contenido de materia organica, contenido de humedad, indices de consistencia, peso especifico y clasificacion del suelo. De cada uno de estos ensayos se hicieron tres repeticiones. En la Tabla 3 se presentan los resultados encontrados.

Los resultados obtenidos para las tres muestras fueron muy homogeneos. El adobe de la capilla doctrinera de Tausa se clasifica como un suelo de alta plasticidad. Como se puede ver en la Tabla 3, este material esta compuesto en su mayoria por finos (arcilla y limo), y con un muy bajo contenido de suelo grueso. Los pesos unitarios hallados estan entre los limites propuestos por Ruiz et al. (2012) para adobes en Colombia. Su contenido de humedad es bajo (3.41%), a pesar de ser una estructura que se encuentra a la intemperie en un lugar con humedad relativa alta.

Los resultados obtenidos de la caracterizacion fisica del adobe de la capilla doctrinera son consistentes con los encontrados por Rivera y Munoz (2005) para esta misma edificacion (Tabla 1). Sin embargo, los limites de consistencia encontrados en 2005 son ligeramente inferiores a los encontrados en esta investigacion, por lo que la clasificacion U.S.C. del material en un caso fue considerado como de baja plasticidad, y en el otro, como de alta plasticidad.

Construccion de adobe en laboratorio

Con el fin de tener un adobe nuevo, de edad cero, que en su composicion fisica fuera lo mas similar posible al adobe usado en la capilla doctrinera de Tausa, se extrajo suelo del sector donde se encuentra la edificacion en ruinas. A dicho material se le realizaron en laboratorio ensayos de granulometria, contenido de materia organica, contenido de humedad, indices de consistencia, peso especifico y clasificacion del suelo. De cada uno de estos ensayos se hicieron, asimismo, tres repeticiones. En la Tabla 4 se presentan los resultados obtenidos.

El suelo presento contenidos de material grueso (gravas) menores al 2%, mientras que el contenido de finos fue superior al 80%. Su contenido de humedad fue bajo, lo mismo que la cantidad de materia organica.

Excepto por los limites de consistencia, las propiedades del suelo que se uso en la construccion de unidades nuevas de adobe (Tabla 4) no presentaron grandes variaciones respecto a las halladas para el material de la capilla doctrinera de Tausa (Tabla 3). La diferencia en limites entre los dos materiales no es grande, pero influye en la clasificacion U.S.C. del material, que en un caso se clasifica de mediana plasticidad, y en el otro, de alta plasticidad.

Cabe anotar que se estudiaron suelos de tres lugares diferentes, todos ubicados en el municipio de Tausa. Sin embargo, los resultados aqui presentados corresponden al material que mas se asemejo en sus propiedades fisicas al adobe extraido de la capilla doctrinera de Tausa.

Una vez identificado el suelo, se procedio a la construccion del adobe nuevo. Para ello se le fue adicionando agua al suelo y este se fue amasando hasta conseguir una mezcla homogenea y manejable, la cual fue colocada en formaletas metalicas cilindricas de 5 cm de alto por 5 cm de diametro interior (Fotografia 4a). Seguidamente se desencofraron y dejaron secar al aire libre, sin accion directa del sol, por un periodo de 45 dias. En total se construyeron 60 adobes cilindricos nuevos (Fotografia 4b). Estos adobes se relacionan como muestras T2 y corresponden a adobe nuevo, edad cero.

Exposicion a radiacion y condensacion

Para la exposicion a radiacion y condensacion se utilizo la camara de radiacion ultravioleta QUV-SE marca Q-LAB, de la Universidad Militar Nueva Granada (Fotografia 5). Para aplicar la radiacion UVA en las muestras de adobe se usaron lamparas fluorescentes tipo UVA-340. Estas lamparas reproducen radiacion solar en el intervalo de onda comprendido entre 295 nm y 340 nm (Q-Lab Corporation, 2006).

Como no se encontro evidencia de estudios de exposicion acelerada a radiacion y condensacion de unidades de adobe, se inicio con un ciclo de prueba que correspondio al usado por Camacho et al. (2008) en el estudio de arcillas expansivas tratadas con aceites sulfonados, el cual consistia en la exposicion durante ocho horas continuas de radiacion, seguido por cuatro horas continuas de condensacion. La eleccion de este ciclo se hizo en consideracion a que el adobe en estudio se clasifico como una arcilla y el material estudiado por Camacho et al. (2008) tambien lo era.

Durante diez dias se sometieron probetas T2 al ciclo de ocho horas de radiacion y dos horas de condensacion y se reviso su consistencia a los 3, 5, 7 y 10 dias mediante pruebas de penetrometro. Al decimo dia las muestras presentaban buena consistencia, sin embargo, el residuo que dejaba en las manos el material era mayor que el que deja un adobe que no habia estado en camara. Debido a esto se considero disminuir el periodo de los ciclos de exposicion a seis horas de radiacion y dos horas de condensacion. Bajo este nuevo ciclo se estudiaron durante 10 dias unas nuevas probetas. Despues de este tiempo las muestras dejaban menos residuo y seguian conservando su consistencia inicial, por lo que finalmente se opto por trabajar con este ciclo.

Bajo el ciclo alternado de seis horas de radiacion y dos horas de condensacion se introdujeron finalmente 36 probetas de adobe en la camara, 18 muestras correspondientes al adobe extraido de la capilla doctrinera de Tausa (T1) y 18 muestras de adobe construido en laboratorio (T2). Dichas muestras se sometieron a periodos de exposicion de 0, 360, 720, 1 440, 2 160 y 2 880 horas. Cumplidos cada uno de estos tiempos, se extrajeron seis muestras, tres de cada tipo, las cuales se usaron para la caracterizacion mecanica del adobe expuesto aceleradamente a radiacion y condensacion.

Paralelamente a lo anterior, se dejaron adobes tipo T2 (edad cero) envejeciendo bajo condiciones naturales, y en las mismas edades: 0, 360, 720, 1 440, 2 160 y 2 880 horas, se fueron caracterizando mecanicamente.

Caracterizacion mecanica

La caracterizacion mecanica correspondio a ensayos triaxiales y ensayos de compresion inconfinada, los cuales se realizaron en los laboratorios de Ingenieria Civil de la Pontificia Universidad Javeriana.

Para los ensayos triaxiales se uso una maquina GDS 2 Hz. Estos ensayos fueron no consolidados a carga rapida y con deformacion axial controlada al 30%, con una velocidad de aplicacion de carga de 0.5 mm/min. A cada tipo de adobe se le realizaron triaxiales a presiones de confinamiento de 40 kPa y 80 kPa. Estas presiones corresponden aproximadamente a las que tienen los muros de la capilla doctrinera de Tausa a alturas de 2.0 m y 4.0 m.

Para el ensayo de compresion inconfinada se uso la maquina universal. La velocidad de aplicacion de carga empleada fue la misma que en las pruebas triaxiales, 0.5 mm/min. Esto con el fin de tener un mismo comportamiento viscoso en el material y una variable de respuesta menos que controlar.

Los ensayos de compresion inconfinada se realizaron a cada uno de los tipos de adobe (T1 y T2), a las 0, 360, 720, 1 440, 2 160 y 2 880 horas de exposicion acelerada (tratamiento 1) y de exposicion natural (tratamiento 2). Los ensayos triaxiales se realizaron bajo las mismas condiciones, pero para el adobe de la capilla no se hicieron pruebas para tratamiento 2 debido a que la edificacion tiene mas de 300 anos, durante los cuales ha sufrido variaciones en su propiedades, lo que hace pensar que los cambios que pueda sufrir en cuatro meses no sean significativos.

En conclusion, en el estudio se trabajo con dos tipos de adobes y se emplearon dos tratamientos diferentes. Existe un adobe de 300 anos llamado T1, el cual se extrajo de la capilla doctrinera de Tausa, y un adobe T2 el cual se considera nuevo y fue construido en el laboratorio. En cuanto a los tratamientos, el primero corresponde a una exposicion natural al medio ambiente y el segundo a una exposicion acelerada a radiacion y condensacion hecha en camara (Figura 1).

Resultados

De los ensayos en laboratorio de compresion inconfinada y triaxial se obtuvieron para cada tipo de adobe y para cada edad (0, 360, 720, 1 440, 2 160 y 2 880 horas) los datos de esfuerzo axial maximo, esfuerzo de corte maximo, modulo de corte, angulo de friccion y cohesion.

Los datos obtenidos para las diferentes edades se agruparon para analizar, finalmente, como evolucionaron las propiedades mecanicas del material con respecto al tiempo y al tipo de exposicion o tratamiento usado.

Es importante aclarar que las edades a las que se hace mencion arriba corresponden a edades contadas a partir del inicio de la experimentacion, es decir, que la edad cero corresponde al momento de introducir las muestras en la camara. Por ello se debe tener en perspectiva que el adobe T1 tiene realmente 300 anos mas el tiempo de experimentacion y el adobe T2 tiene 45 dias (tiempo que duro el secado) mas el tiempo de experimentacion.

Compresion inconfinada (esfuerzo axial)

En la Figura 2 se presentan los esfuerzos axial maximo obtenidos durante las pruebas para cada tipo de adobe. Si se comparan los esfuerzos obtenidos para el adobe de la capilla (T1) cuando el material se encontraba a una exposicion natural al medio ambiente con los obtenidos en la exposicion acelerada (en camara UV), se puede decir que el adobe de la capilla no experimenta alteraciones debido a la radiacion ultravioleta. Lo contrario sucede con el adobe construido en laboratorio, el cual si presenta variaciones entre los esfuerzos dependiendo del tipo de tratamiento que se aplique al material.

La resistencia a compresion del adobe de la capilla doctrinera de Tausa (1.22 MPa) se encuentra por debajo de los limites establecidos por Ruiz et al. (2012) (Tabla 2), seguramente por el hecho del intemperismo de la edificacion. Para el adobe construido en laboratorio (adobe nuevo T2), las compresiones estan dentro de los limites establecido por esos autores, pero los modulos de corte alcanzados por el material superan los senalados por ellos. Recordemos que los limites que Ruiz et al. (2012) establecen en su propuesta de normativa estan basados en investigaciones de caracterizacion de adobes colombianos con cierta antiguedad, lo que hace que las propiedades del material ya hayan sufrido degradacion con el tiempo y no puedan ser comparables directamente con las propiedades de un material nuevo.

Resistencia al corte

Para la edad cero el esfuerzo cortante del adobe de la capilla fue de 0.61 MPa, mientras que para el adobe nuevo fue de 1.08 MPa; es decir, el adobe nuevo a edad cero resiste un esfuerzo cortante un 77% mayor que el de la capilla. Pero esta diferencia no es estatica, ya que con el tiempo el esfuerzo cortante del adobe nuevo (T2) se modifica mientras que el de la capilla (T1) se mantiene. Esto se debe a que el adobe T1 es un material con una historia de esfuerzos de mas de 300 anos y pone de manifiesto que el lapso de esta investigacion no es suficiente para que se presenten cambios significativos en las propiedades del material. Lo contrario ocurre con el adobe T2, el cual, por ser un material nuevo, se encuentra en proceso de endurecimiento, y por tanto, la variacion en sus propiedades es notoria en lapsos mas cortos.

En la Figura 3 se puede observar la tendencia de los esfuerzos cortantes maximos para diferentes edades, segun la presion de confinamiento aplicada. Se aprecia, como era de esperarse, que la resistencia del material aumenta a medida que aumenta la presion de confinamiento. Como se puede ver, el adobe de la capilla doctrinera de Tausa no experimenta grandes cambios en sus esfuerzos a pesar de estar expuesto a unas condiciones aceleradas de radiacion y condensacion. Lo que no ocurre con el adobe construido en laboratorio (T2), el cual, tanto para la exposicion a condiciones ambientales naturales como para la exposicion acelerada a radiacion y condensacion, presenta cambios apreciables en sus esfuerzos de una edad a otra.

Para el adobe construido en laboratorio, expuesto a condiciones ambientales naturales, el esfuerzo cortante aumento durante toda la etapa experimental. Dicho aumento no tuvo una rata de crecimiento constante. En la Figura 3 se puede apreciar que con la edad la ganancia de resistencia cada vez es menor. Ahora bien, para este mismo tipo de adobe, pero sometido a condiciones aceleradas de radiacion y condensacion, se pudo observar igual comportamiento hasta las 1 440 horas, despues de este tiempo los esfuerzos empiezan a disminuir, aunque, es de anotarse, disminuyen en proporcion menor a aquella a la que aumentaron.

Al centrarse unicamente en los resultados obtenidos para el adobe construido en laboratorio, otro aspecto importante de resaltar, y que se observa claramente en la Figura 3, es que la exposicion acelerada a radiacion y condensacion modifica sustancialmente la resistencia del adobe. Si se compara la resistencia hasta las 1 440 horas se observa que, para el adobe en camara se obtienen esfuerzos mucho mayores que para el adobe expuesto a condiciones naturales. Esto quiere decir que, en terminos de esfuerzo, la radiacion acelera el cambio en las propiedades del adobe.

Modulo cortante G

Las propiedades mecanicas de un material estan dadas en terminos de resistencia y deformabilidad. Uno de los parametros que da idea de la capacidad de deformabilidad de los materiales es el modulo de corte o cizallamiento G, este esta caracterizado por las deformaciones que sufre el material debido a la aplicacion de esfuerzos cortantes.

El modulo cortante del material se hallo como la pendiente del tramo rectilineo de la curva de esfuerzo cortante contra deformacion por corte. El modulo cortante para el adobe de la capilla de Tausa no experimenta grandes variaciones con la exposicion a radiacion UVA, incluso se puede llegar a decir que no varia y que su ligero cambio puede estar asociado a la variabilidad natural de las propiedades mecanicas de las muestras.

Para el adobe nuevo el modulo de corte aumenta con la edad, tanto para el tratamiento natural como para el acelerado. Sin embargo, el adobe con tratamiento natural alcanza mayores modulos cortantes que el expuesto en camara; esto ocurre durante toda la etapa experimental (Figura 4).

Es interesante comparar la evolucion del modulo cortante (G) con el comportamiento en terminos de esfuerzo del adobe nuevo (T2). Si se observa la Figura 3, se puede ver que la resistencia hasta las 1 440 horas del adobe en camara aumenta y luego de esta edad disminuye. Un comportamiento similar se podria esperar con el modulo. Sin embargo, al revisar la Figura 4 se aprecia que el modulo cortante presento una tendencia al aumento durante toda la etapa experimental, incluso despues de las 1 440 horas, que es cuando el esfuerzo cortante disminuye. Esto demuestra que la resistencia y la deformabilidad reflejadas en los modulos son variables independientes. Tambien es de atender que el adobe construido en laboratorio que se sometio a exposicion natural tiene modulos de corte mayores que el sometido a condiciones aceleradas, a pesar de que este ultimo tuvo mayor resistencia en terminos de esfuerzo (Figura 4).

Es claro, hasta el momento, que para un adobe nuevo la exposicion acelerada a radiacion mejora su resistencia en terminos de esfuerzo, pero, a su vez, impide el desarrollo o crecimiento del modulo de corte. Este fenomeno puede deberse al hecho de que la radiacion genera cambios quimicos y fisicos al interior del material.

Angulo de friccion y cohesion del material

Para modelar el comportamiento del suelo se uso el criterio de falla de Mohr-Coulomb (t = s tan (f) + c), segun el cual la resistencia al corte de un material esta dada por dos componentes, la cohesion y el angulo de friccion; este ultimo determinado, a su vez, por las tensiones axiales.

Para cada tipo de adobe y en cada edad se construyeron los circulos de Mohr, para presiones de confinamiento 0, 40 y 80 kPa. Se trazo la linea de falla calculando el angulo de friccion del suelo (pendiente de la linea de falla) y la cohesion (valor del esfuerzo cortante donde la linea de falla corta el eje de las coordenadas). En la Figura 5 se muestra como ejemplo el caso del adobe construido en laboratorio en edad cero.

El angulo de friccion de la envolvente de falla de Mohr-Coulomb [[PHI].sub.MC] no presenta variaciones significativas para un mismo tipo de adobe y tratamiento (Figura 6). Ahora bien, si comparamos el angulo entre los diferentes tipos de material, se puede establecer que el adobe nuevo expuesto aceleradamente presenta un pequeno incremento en su angulo de friccion con respecto a los otros tipos de adobe.

En cuanto a la cohesion, su comportamiento y tendencia es del mismo tipo observado y descrito para los esfuerzos de corte. Mientras el adobe de la capilla no presenta variaciones apreciables en este parametro (Figura 7), en el adobe construido en laboratorio se aprecian cambios en la cohesion a lo largo de la etapa experimental. Asi, mientras el material que se encuentra expuesto a condiciones ambientales naturales presenta una tendencia al aumento durante todo el estudio, el adobe sometido a una exposicion acelerada a radiacion y condensacion presenta un aumento de esta propiedad solo hasta las 1 440 horas, tiempo despues del cual empieza a decrecer.

Analisis e interpretacion de resultados

Al revisar la variacion con el tiempo de la resistencia al corte, el modulo de corte, el angulo de friccion y la cohesion de los adobes estudiados (Figuras 3, 4, 6 y 7), se observa que el adobe de la capilla doctrinera de Tausa (T1) no presenta cambios en sus propiedades mecanicas, a pesar de haber sido sometido a una exposicion acelerada de radiacion UVA y condensacion. Esto se debe a que la edificacion tiene una historia no solo de esfuerzos sino tambien de cargas ambientales de mas de 300 anos, por lo que un tiempo de cuatro meses no es significativo para lograr cambios apreciables en sus propiedades. En cuanto al adobe nuevo (T2), se observa claramente que la resistencia al corte, la cohesion y el modulo de corte del material van cambiando con el tiempo, indistintamente del tratamiento que se les hubiera aplicado. Mientras que el angulo de friccion del material no sufre modificaciones ni con la edad ni con el tratamiento.

Con los ensayos de laboratorio se encontraron los esfuerzos en el adobe y con el modelo de Mohr-Coulomb (t = C + s Tan f) se estudio la resistencia al corte del material. De acuerdo con este modelo, la resistencia al corte esta dada por la cohesion "C" y el angulo de friccion "f". Segun los resultados obtenidos en esta investigacion, el angulo de friccion no se modifica mientras si lo hace la cohesion. Esto quiere decir que la variacion en la resistencia del adobe esta dada por la cohesion. Esto debe ser estudiado mas detalladamente con posterioridad.

Como se menciono antes, el adobe de la capilla doctrinera de Tausa (T1) no sufrio cambios durante la etapa experimental. Por eso se discuten a continuacion solo los datos obtenidos para el adobe construido en laboratorio (T2).

Como se observa en la Figura 3, el adobe de la capilla (T1) tratado en camara inicialmente esta sementandose, es decir, esta ganando resistencia, esto sucede hasta un punto y a partir de este empieza un claro proceso de degradacion de la misma. Para este mismo tipo de adobe (T1), en condiciones ambientales naturales, se puede observar que su proceso de endurecimiento y aumento de resistencia aun no ha terminado. Sin embargo se espera que en un futuro alcance su resistencia maxima para luego empezar el decrecimiento.

En la Figura 4 se puede observar que el modulo es mayor para el adobe en condiciones ambientales naturales que para el adobe tratado en camara. Esto implica que la aplicacion acelerada de radiacion UVA disminuye la rigidez del material, a pesar de aumentar su resistencia.

Para efectos de analisis, se normalizaron los parametros de resistencia al corte y modulo cortante G, dando lugar a las Figuras 8 y 9. En estas se puede observar la variacion porcentual de dichos parametros con respecto al valor maximo obtenido en cada caso.

De acuerdo con la Figura 8, es importante resaltar que el adobe nuevo (T2), tratado en camara, alcanzo el 100% de su resistencia a las 1 440 horas, mientras que para esa misma edad el adobe nuevo, en condiciones naturales, solo habia alcanzado un 77% de su resistencia. Esto quiere decir que la exposicion en camara si acelera el cambio en las propiedades del material.

Si se supone que el adobe construido en laboratorio es fisica y mecanicamente igual al usado en la capilla, se puede decir que el adobe de la capilla ha perdido con el tiempo casi un 80% de la resistencia (Figura 8) y un 60% del modulo de corte (Figura 9). Como se menciono anteriormente, esto se debe a que la edificacion ha estado sometida por mas de 300 anos a una historia de esfuerzos y por mas de 100 anos al intemperismo.

El adobe construido en laboratorio expuesto a radiacion y condensacion acelerada gana su resistencia maxima a las 1 440 horas. Si observamos la Figura 8 se aprecia que ese adobe gano casi un 60% de su resistencia en esfuerzo en 1.440 horas, tiempo despues del cual empieza a perderla. Sin embargo, para ese mismo lapso (entre 1.440 a 2.880 horas) solo disminuyo un 6% su resistencia.

El modulo de corte para el adobe nuevo fue siempre mayor para el material en condiciones ambientales naturales (Figura 9). Al final de la etapa experimental, el adobe en camara habia alcanzado un modulo de corte un 15% menor al adobe que se encontraba en condiciones naturales.

El modulo de corte del adobe sometido a radiacion y condensacion acelerada no disminuyo cuando el material empezo a perder resistencia (1 440 horas). Sin embargo, tendio a estabilizarse, como se observa en la Figura 9, por lo que es probable sugerir que con mucho mas tiempo de exposicion este parametro empezaria a decaer.

El comportamiento presentado por el adobe, y hasta aqui descrito, se debe a cambios quimicos y variaciones en la microestructura del material. Estos cambios se dan de forma natural con el tiempo y se deben a que los minerales del material reaccionan y se transforman como consecuencia de agentes climaticos. Es por ello que la variacion en las propiedades del adobe nuevo es diferente segun el tipo de tratamiento aplicado. En cuanto al adobe de la capilla, este material ha sufrido grandes transformaciones en el tiempo y su estructura interna es mas estable ahora, luego requiere de mayor tiempo para que sus minerales logren reaccionar con agentes ambientales del tipo aqui estudiados.

Conclusiones

En este trabajo se caracterizaron adobes de edades diferentes pero que se consideraron originalmente iguales, y se logro establecer que, para un adobe de 300 anos de edad, las propiedades mecanicas se encuentran entre los rangos encontrados por otros investigadores. Tambien se pudo establecer que un adobe de 300 anos ha perdido durante su vida un 80% de su resistencia y un 60% de su modulo de corte.

Las propiedades mecanicas de un adobe nuevo mejoran paulatinamente con el tiempo, siendo el porcentaje ganado cada vez menor; este fenomeno se mantiene hasta que el adobe alcanza una resistencia maxima, momento en el cual comienza un proceso inverso y la resistencia del material empieza a degradarse. Sin embargo, la diminucion en la resistencia es porcentualmente 10 veces menor a la ganancia. Esto se pudo apreciar con la resistencia al corte, cuando el aumento de resistencia en 1 440 horas fue cercano al 60%, y en ese mismo lapso su perdida fue del 6% aproximadamente.

Con los resultados obtenidos en esta investigacion se pudo determinar claramente que la radiacion altera las propiedades mecanicas del adobe nuevo, mientras que para adobes muy viejos su efecto es nulo. Esto puede deberse a que la estructura interna de los adobes muy antiguos ya se encuentra estable, mientras que la del adobe nuevo no, por lo que todavia reacciona ante agentes ambientales.

Al adoptar un criterio de falla para el adobe de tipo Mohr-Coulomb, se pudo establecer que la variacion en la resistencia al corte del material esta dada por los cambios en la cohesion, ya que el angulo de friccion del material no presento variaciones significativas durante la etapa experimental.

El angulo de friccion del material no sufre alteraciones por efecto de la radiacion, ni de ningun otro factor mecanico o medio ambiental. Es por eso que el angulo para el adobe nuevo, sin importar el tratamiento utilizado, fue similar al obtenido para el adobe de la capilla de Tausa, el cual tampoco sufrio modificaciones a pesar de haberse sometido a ciclos de radiacion y condensacion acelerados.

Es importante aclarar que todos los porcentajes y factores que resultaron de la presente investigacion no son extrapolables aun a otro tipo de adobe diferente al de la capilla doctrinera de Tausa. El adobe es un material artesanal y su composicion varia notablemente de una region a otra.

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Claudia Uribe Kaffure

clauribek@gmail.com

Docente de la Universidad del Tolima

Alfonso Mariano Ramos Canon

a-ramos@javeriana.edu.co

Docente Pontificia Universidad Javeriana

Javier Camacho Tauta

Javier.camacho@unimilitar.edu.co

Docente Universidad Militar Nueva Granada

Agradecimientos:Los autores agradecen a la Pontificia Universidad Javeriana por el apoyo economico al presente trabajo por medio del proyecto ID 00004756, retrospectiva de las catastrofes naturales en Colombia.

Recepcion: 15 de mayo de 2014

Articulo de investigacion

Aceptacion: 15 de noviembre de 2014

Disponible en linea: 10 diciembre de 2015

* Los descriptores y keywords plus estan normalizados por la Biblioteca General de la Pontificia Universidad Javeriana.
Tabla 1:
Caracterizacion fisica
del adobe de la capilla
doctrinera de Tausa
en el ano 2005.

Fuente:
Rivera y Munoz (2005)

Contenido de humead (%)            3.3
Contenido de materia organica (%)  4.8
Peso especifico (ton/[m.sup.3])    1.77
Limite liquido                    44
Limite plastico                   25
Indice plastico                   20
               Gravas (%)         10
Granulometria  Arenas (%)         18
               Finos (%)          72
               USC                CL
Clasificacion                     Arcilla inorganica de baja plasticidad
               AASHTO             A-7 Suelo limo arcilloso

Tabla 2:
Propiedades mecanicas del adobe en Colombia.

Fuente:
Adaptado de Ruiz, Lopez y Rivera (2012)

Propiedad                                     Valor    Valor
                                              minimo   maximo

Resistencia a la compresion de piezas         0.2       6
individuales de adobe en (MPa)
Resistencia a la compresion de la             0.2       1.6
mamposteria de adobe en (MPa)
Peso especifico del adobe en (kN/[m.sup.3])  15        19
Modulo de cortante de la                     20        45
mamposteria de adobe en (MPa)

Tabla 3:
Resultados caracterizacion fisica, adobe extraido de la capilla
doctrinera de Tausa (T1).

Fuente:
Uribe, Ramos y Camacho

Muestra                       1      2      3      Promedio  Desviacion

Peso unitario (kN/[m.sup.3])  17.9   17.8   18.0   17.9      0.02
Peso unitario absoluto        25.7   26.1   26.2   26.0      0.03
Contenido de humedad (%)       3.33   3.3    3.6    3.41     0.17
Porcentaje absorcion           5.93   6.38   6.61   6.31     0.35
Materia Organica (%)           3.6    3.6    3.4    3.53     0.12
Limite liquido                53.2   52.9   53.1   53.1      0.15
Limite plastico               29.6   29.4   29.4   29.5      0.12
Indice plasticidad            23.6   23.5   23.7   23.6      0.1
Granulometria
Grava                          0.85   1.02   0.95   0.94     0.09
Arenas                        13.31  12.85  13.55  15.57     0.36
Finos                         85.84  86.13  85.5   83.49     0.32
                              A7     A7     A7     A7
Clasificacion A.A.S.H.O       Limo arcilloso
                              MH CH  MH CH  MH CH  MH CH
Clasificacion U.S.C.          Limo arcilloso alta plasticidad

Tabla 4:
Resultados caracterizacion fisica de suelo que se utilizo para construir
adobe nuevo (T2).

Fuente:
Uribe, Ramos y Camacho

Muestra                       1      2      3      Promedio  Desviacion

Peso unitario (kN/[m.sup.3])  18.1   18.2   18.2   18.2      0.01
Peso unitario absoluto         2.62  26.3   26.3   26.3      0.01
Contenido de humedad (%)       3.62   3.68   3.6    3.63     0.04
Porcentaje absorcion           6.38   6.38   5.93   6.23     0.26
Materia Organica (%)           3.8    4      4.1    3.97     0.15
Limite liquido                49.5   49.5   49.6   49.5      0.06
Limite plastico               27.3   27     27     27.1      0.17
Indice plasticidad            22.2   22.5   22.6   22.4      0.21
Granulometria
Grava                          1.32   1.54   0.95   1.27     0.3
Arenas                        13.38  13.76  16.55  14.56     1.73
Finos                         85.3   84.7   82.5   84.17     1.47
                              A7     A7     A7     A7
Clasificacion A.A.S.H.O       Limo arcilloso
                              CL     CL     CL     CL
Clasificacion U.S.C.          Arcilla de mediana plasticidad
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Title Annotation:Articulo de investigacion
Author:Kaffure, Claudia Uribe; Canon, Alfonso Mariano Ramos; Tauta, Javier Camacho
Publication:APUNTES - Journal of Cultural Heritage Studies
Date:Jan 1, 2015
Words:8493
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